DE2353869A1

DE2353869A1 - Vorrichtung zur einleitung von luft in eine fluessigkeit

Info

Publication number: DE2353869A1
Application number: DE19732353869
Authority: DE
Inventors: Carlos Lopez-Cacicedo
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Council
Priority date: 1972-12-18
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1974-06-27
Also published as: FR2210433B3; IT999669B; BE806582A; FR2210433A1; NL7314764A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. ,

DiPL.-IInG. K. WeICKMANN, DlPL₁-PHyS₁DR-K-FlNCKE DIPL₁-INCR₁A-WEICKMANN₅DIPL₁-CHEM-B-HuBER

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

THE ELECTRICITY COUNCIL

30 Millbank, London, SW1P 4RD, England

Vorrichtung zur Einleitung von Luft in eine Flüssigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einleitung von Luft in eine Flüssigkeit; die Erfindung findet insbesondere in einer Vorrichtung zur Behandlung bzw. Aufbereitung von landwirtschaftlichen Abwässern unter Anwendung eines Schlammbelebungsverfahrens und zur Behandlung bzw. Aufbereitung von industriellen Abwässern und Haushaltsabwässern unter Anwendung eines Schlammbelebungsprozesses Anwendung.

In einem Schlammbelebungsprozess zur Aufbereitung von Abwässern ist es im allgemeinen erforderlich, die Flüssigkeit zu durchlüften und' außerdem das Durchmischen der 'Flüssigkeit zu fördern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine für diesen Zweck verbesserte' Vorrichtung zu schaffen.

ti .

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Zufuhr von Luft zu einer

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Flüssigkeit in einem Tank bzw. Behälter, enthaltend eine Pumpe, die so angeordnet ist, daß sie die in dem Behälter · befindliche Flüssigkeit durch eine Vielzahl von in dein Behälter vorgesehenen ΑμΞΐΒβΓΌητβη-pumpt, wo.bei die Auslässe in unterschiedliche Winkel besitzende Richtungen hinzeigen. Die Auslaßrohre enthalten jewei'is eine Veirturi- und Lufteinlaßrichtung, die mit jeder der vorgesehenen Venturidüsen verbunden sind, und zwar derart, daß in dem Flüssigkeitsdurchgang durch die Düsen Luft eingesaugt wird. Im Gebrauch sind die Auslässe in die in dem Behälter befindliche Flüssigkeit eingetaucht. Die Flüssigkeitsströmung durch die Venturidüsen bewirkt, daß. Luft nach unten durch die Lufteinlaßeinrichtungen angesaugt wird, so daß sehr kleine Luftblasen in der durch die Auslaßöffnungen bzw. Auslässe gepumpten· Flüssigkeit mitgeführt werden. Diese Luft mit sich führende Flüssigkeit wird in die Flüssigkeitsmenge abgegeben, die sich in dem Behälter befindet, und zwar in unterschiedlichen Richtungen von den verschiedenen Düsen. Auf diese Weise ist die Durchmischung des in dem Behälter befindlichen Materials unterstützt. Die Auslässe bzw. Auslaßöffnungen sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie in dem Behälter eine Dur'chwirbelung hervorrufen.

Die Auslaßöffnungen sind vorzugsweise nahezu horizontal in Richtungen angeordnet, die sich über einen Bogen zwischen 30° und 90° erstrecken, und in typischer Vieise über einen Bogen von etwa 45°.

Der Behälter ist vorzugsweise Kreisförmig ausgebildet, um die Erzielung der Durchwirbelung zu erleichtern. Bei einer zweckmäßigen konstruktiven Ausführungsform ist die Pumpe so angeordnet, daß sie die Flüssigkeit in ein zu den

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BAD ORIGINAL

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verschiedenen Auslaßrohren hinführendes Leitungsrohr pumpt. Die Auslaßrohre v/eisen jeweils ein gesondertes Luftrohr auf, welches sich nach oben-erstreckt. Das Leitungsrohr enthält eine gekrümmte Rohranordnung, die sich generell in einer horizontalen Ebene erstreckt und die an einem Ende an einer "Wand des Behälters angebracht v/erden kann. Bei einer anderen Anordnung ist eine Luftkannner bzw. ein Luftbehälter vorgesehen, die bzw. der ein nach oben laufendes Lufteinlaßrohr enthält. Die betreffende Luftkarmner ist mit jeder der Venturi düsen derart verbunden, daß Luft aus der betreffenden Kammer in die durch die Düsen hindurchtretende Flüssigkeit eingeführt wird.

Die Pumpe kann als in dem Behälter untertauchbare Einheit angeordnet sein; es ist aber auch möglich, die Pumpe außerhalb des Behälters anzuordnen. Im zuletzt genannten Fall wird die Flüssigkeit durch eine in der Behälterwand befindliche öffnung in die Pumpe eingesaugt und mittels der Pumpe durch eine zweite in der Wand befindliche öffnung in das genannte Leitungsrohr eingepumpt. Bei einem kreisförmigen Behälter ist das Leitungsrohr vorzugsweise nahe einer Kante des Behälters angeordnet,-und zwar derart, daß sich die der^: Behälterwand am nächsten liegende Auslaßöffnung in eine solche Richtung erstreckt, daß die die betreffende Auslaßöffnung verlassende Flüssigkeit unter Ausführung einer Wirbelbewegung längs des äußeren Umfangs des Behälters abgegeben wird. Die übrigen Auslaßöffnungen längs des Leitungsrohres sind unter solchen Winkeln ange- · ordnet, daß sie aufeinanderfolgend dichter zur Mitte des Behälters hin zeigen. Diese Auslaßöffnungen fördern somit eine kreisförmige Bewegung um den Behälter herum.

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Die oben erwähnte Lufteinleitungsvorrichtung erzeugt gewöhnlich Schaum auf der Oberfläche der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit. Deshalb isrt vorzugsweise ein Schaumüberlauf vorgesehen, der zu einem Schaumsamrnelbehälter hin führt, welcher mit Antischaummitteln versehen ist. Diese Antischaummittel können z.B^ Mittel enthalten, vrelche Luft nach unten auf den Schaum blasen. Außerdem kann eine Schaufel oder Stange vorgesehen sein, die den Schaum auflöst. Von dem Schaumsammelbehälter kann der dort befindliche Schlamm in den Lufteinleitungsbehälter zurückgeleitet werden.

A.us dem Lufteinleitungsbehälter kann Flüssigkeit in einen Absetz- bzw. Klärbehälter eingeleitet werden, von dem flüssiges Abwasser abgegeben und Schlamm an den Lufteinleitungsbehälter zurückgeleitet wird.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer Draufsicht einen Teil eines Schlammbehälters mit einer darin eingebauten Lufteinleitungseinheit,

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht einen Teil einer anderen Konstruktion der Lufteinleitungseinheit. Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht einen Teil eines Rohr- · leitungs- und Auslaßrohrsystems der Lufteinleitungseinheit gemäß Fig, 2,

Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht einen Lufteinleitungsbehälter mit einem Sehaumüberlauf und einer Antischäumeinheit. *

Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Lufteinleitungseinheit bei der Aufbereitung von Abwässern.

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Im folgenden sei Fig. 1 näher betrachtet, in der ein Teil eines kreisförmigenTanks bzw. Behälters 10 gezeigt ist, wie er in einem Schlammbelebungsprozess zur Aufbereitung bzw. Behandlung von landwirtschaftlichen Abwässern verwendet werden kann. Die vorgesehene Lufteirileitungsein*- heit bzw. Luftzufuhreinheit enthält eine Pumpe 11, die von einem Elektromotor 12 angetrieben wird. Dieser Motor, der Pumpenmotor, ist außerhalb des Behälters: angebracht, wobei ein Pumpeneinlaßrohr 13 von einer in der Behälterwand befindlichen Öffnung 14 zu der Pumpe'hinführt. Die Pumpenauslaßöffnung führt über ein Ventil 15 und eine weitere in der Behälterwand befindliche Öffnung 16 in eine Rohrleitung bzw. in ein Leitungsrohr 17 hinein, die bzw. das in dem Behälter, 10 enthalten ist. Die Rohr__leitung 17 kann eine gekrümmte Rohranordnung enthalten,, die im wesentlichen in einer horizontalen Ebene verläuft, und die zu vier Auslaßrohren 18 hinführende Öffnungen aufweist, wobei jedes Rohr 18 ein Venturirohr enthält. Gesonderte vertikale Lufteinlaßrohre 19 führen zu dem Einschnürungsbereich des jeweiligen. Venturirohr^s hin, und zwar von einer über der Oberseite des Behälters liegenden Ebene aus, um entsprechende Lufteinlaßöffnungen bzw. Lufteinlässe zu bilden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, verlaufen die Auslaßrohre 18 in verschiedenen Richtungen über einen Bogen von etwa 45°. Das der Behälterwand am nächsten liegende Auslaßrohr bzw. die dieser Behälterwand am nächsten liegende Auslaßöffnung verläuft dabei in solcher Richtung, daß um den Umfang des.: Behälters herum eine Durchwirbelung hervorgerufen, wird. .

Die anderen Auslaßrohre bzw. Aüslaßöffnungen verlaufen in solchen Richtungen, daß sie dichter zu der Mitte des Behälters hinzeigen. Alle diese Auslaßrohre bzw. Auslaß-

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Öffnungen wirken dabei derart zusammen, daß sich eine Durchwirbelung in einer Richtung um die Mitte des Behäl- · ters ergibt. Im Betrieb saugt die Pumpe 11 -ein Fluid aus dem Behälter durch das Rohr 13 ein und gibt das betreffende Fluid durch die Auslaßrohre 18 ab. Auf Grund des verminderten statischen Drucks in den Venturidüsen wird Luft durch die Luftrohre 19 derart angesaugt, daß in der die Venturirohre passierenden Flüssigkeit sehr· kleine Luftblasen mitgeführt werden. Die Luft mit sich führende Flüssigkeit, die aus den Auslaßrohren 18 heraustritt, führt nun nicht nur Luft in die in dem Behälter 10 befindliche Flüssigkeitsmenge ein, sondern sie fördert außerdem eine Durchmischung des in dem Behälter befindlichen Materials.

In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, eine in dem Tank untertauchbare Pumpe zu verwenden, anstatt in den Behälter Öffnungen einzuschneiden für einen Pumpeneinlaß und einen Pumpenauslaß. Wie in Fig. 2 gezeigt, ermöglicht eine derartige Anordnung, daß die Luftzufuhreinheit bzw. Lufteinleitungseinheit als gesonderte Einheit für die Unterbringung in einem vorhandenen Behälter ausgebildet werden kann. Eine elektrisch betriebene untertauchbare Pumpe 20 ist dabei an einer eine Grundplatte bildenden Betonplatte 21 angeschraubt, die auf dem Boden des Behälters an einer nahe dessen Seite liegenden Ste-lle aufliegt. Die Pumpe 20 pumpt Flüssigkeit aus dem Behälter durch ein Rohr 22 in eine Rohrleitung 23 ein, von der die Flüssigkeit durch eine Anzahl von Auslaßrohren 24 hinaus- · fIL -ießt, die zu Venturirohren 25 und Auslaßdüsen 26 hinführen. In typischer V/eise sindf vier derartige Auslaßrohre und Düsen vorgesehen. Diese Auslaßrohre und Düsen verlaufen horizontal in verschiedenen Winkeln entsprechende unter-

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schledliche Richtungen, wie dies ausFig. 3 hervorgeht. Zu den Venturirohren führen Luftröhre 27 hin, und zwar von einer über der Oberseite des Behälters liegenden Ebene aus. Im Betrieb saugt die tauchfähige Pumpe die." Flüssigkeit bzw. das-Fluid aus dem Behälter an und gibt sie bzw.. es durch den Auslaß bzw, das Auslaßrohr 22 ab. Auf Grund des verminderten Drucks in den Venturidüsen wird Luft durch die Lufteinlaßrohre 27 eingesaugt, so daß sehr kleine Luftblasen von der durch die Venturirohre hindurchgelangenden Flüssigkeit mitgeführt werden. Obwohl bei der dargestellten Anordnung gesonderte Lufteinlaßrohre 27 verwendet werden, ist es möglich, ein einziges Lüfteinlaßrohr und eine Luftverteilerrohrleitung zu verwenden.

Die Einsatzpumpe und die Luftzufuhreinheit sind nahe einer Seite des Behälters angeordnet, wobei die Auslaßrohre mit ihren Düsen 26 in solche Richtungen in den Behälter zeigen, daß eine kreisförmige Durchwirbelung um den Behälter herum hervorgerufen wird. Die Düsen 26 sind so angeordnet, daß die Richtungen der Auslaßströmung kreisförmige Komponenten besitzen,'die alle in derselben Kreisrichtung um die Behältermitte verlaufen.. Ferner besitzt die Auslaßströmung noch radial nach inne.n gerichtete Komponenten. Durch in dieser Weise ausgerichtete. Auslaßdüsen wird die Luft mit sich führende Flüssigkeit in dem Behälter in großem llaße verteilt, wodurch die Luftzufuhr bzw. Lufteinleitung in der Flüssigkeit in dem Behälter gefördert und die Vermischung des Materials in dem Behälter gewährleistet ist.

Die Luftzufuhr zu der Flüssigkeit in dem Behälter führt zur Bildung von Schaum, der sich auf der Oberseite des

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Luftzufuhr- bzw. Lufteinleitungsbehälters sammelt. Vie in Fig. 4 gezeigt, v/ird über der Oberseite des Behälters vorzugsweise eine Abdeckung 30 vorgesehen. Diese kann z.B. aus einer Butylgummischicht bestehen, die von einem rohrförmigen Rahmen getragen wird. Der Behälter enthält eine Lüfte inleitungs- bzw. Luftzufuhr einheit 32 mit einer Pumpe 33 und einem Motor 34. An der Oberseite der Behälterwand ist eine Auslaßöffnung 35 vorgesehen, die einen Durchmesser besitzt, der in typischer Weise bei ca. 150 mm oder b.ei einem noch größeren Wert liegt^und die Schaum aufnimmt bzw. sammelt, der sich oberhalb der Oberseite der Flüssigkeit befindet. Diese Auslaß öffLnung führt über ein Rohr 36 nach unten zu einem Schaumsammelbehälter 37 hin. Zum Auflösen des Schaums in dein Schaumsammelbehälter ist ein schnell laufendes Rührwerk 38 vorgesehen, welches eine untere Schaufel 39 und eine obere Schaufel 40 enthält. Die untere Schaufel 39 enthält flache Blätter ohne eine Blattsteigung; diese Schaufel arbeitet in dem Schaum, um diesen aufzulösen. Die obere Schaufel 40 ist oberhalb des Schaumes angeordnet; die Blätter dieser Schaufel haben eine solche BlattSteigung, daß im Betrieb Luft nach unten auf den Schaum geblasen wird. Der von der Schaufel 40 herrührende Luftstrom dient ferner zur Auflösung des Schaums. Am Boden des Schaumsammelbehälters 37 sammelt sich Schlamm an, der einen höheren Feststoffgehalt; besitzt als der durch normale Klärung erhaltene Schlamm, und zwar wegen des Schaumschwimmeffekts. Der Schlamm wird aus dem Behälter 37 zurück in den Luftzufuhrbehälter geleitet oder, sofern erforderlich, weggeführt. Das flüssige Material aus dem . Luftzufuhrbehälter kann in einen Klärbehälter eingeführt werden,, wobei der sich am Boden des Klärbehälters absetzende Schlamm zu dem Luftzufuhrbehälter zurückgeführt

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werden kann; die sich oberhalb des Schlamms ansammelnde Flüssigkeit, kann abgeführt werden.

In Fig. 5 ist ein Diagramm gezeigt, welches zur Erläuterung der Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung dient. Ein bei 50 zugeführter._ Schlamm gelangt durch eine Siebscheideeinrichtung 51, in der Feststoffe für die Abgabe bei 52 abgeführt werden. Die Flüssigkeit der Scheideeinrichtung wird in einen Oxidationsbehälter 53 eingeleitet, in welchem der betreffenden Flüssigkeit unter Verwendung eines belebten Schlamms Luft zugeführt bzw, beigemischt wird. Aus dem Oxidationsbehälter.bzw. Luftzufuhrbehälter 5p gelangt die Flüssigkeit nach einer Luftzufuhrzeitspanne, die in typischer Weise bei 30 Tagen liegt, in einen Klärbehälter 54. In diesem Klärbehälter setzt sich der Schlamm; er"wird zu dem Luftzufuhrbehälter 53 wieder zurückgeführt, während das klare Abwasser abgeführt werden kann. In den Klärbehälter kann- ein Verdickungsmittel hinzugegeben wer--" den. Aus dem Luftzüfuhrbehälter 53 gelangt Schaum zu "der Schaumauflöseeinrichtung 55. Aus der Schaumauflöseeinrichtung gelangt Schlamm in den Luftzufuhrbehälter 53 zurück oder wird, sofern erforderlich, abgeführt*

Durch Verwendung der oben beschriebenen Luftzufuhreinrichtung vom; Venturirohrtyp hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad der Sauerstoffabsorption in typischer Weise bei 30 bis 35/4 liegt. Dieser Wert sei verglichen mit einem Absorptionswert von 4?o, wie er erhalten wird, wenn Luft- " zufuhreinrichtungen verwendet werden, in denen sich große Luftblasen ausbreiten. Im übrigen "sei dieser Absorptions^ wert mit einem Wert von 10 bis 12?o bei Oberfläehen-Luftzufuhreinrichtungen' und Luftzufuhreinrichtungen verglichen,

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in denenfein verteilte Luftblasen auftreten. Die Luftzufuhreinrichtung des Venturirohrtyps, die diese wesentlich verbesserte Leistung mit sich bringt, zeichnet sich durch einen erheblich geringeren Kapitalaufwand und durch geringere Betriebskosten im Vergleich zu bisher bekannten Arten von Luftzufuhreinrichtungen aus, die beim Schlanimbelebungsprozess für die Behandlung von Abwässern verwendet werden. Darüber hinaus liefert das Entschlammungssystem, welches die Schaumschwiinmeigenschaften der Venturi-Luftzufuhr ausnutzt, einen Schlamm, der etwa das Zweifache des Feststoffgehalts des Schlamms aufweist, der durch herkömmliche Klärung erhalten wird. Die Anwendung der Schaumauflöseeinrichtung ist im Vergleich zu der Verwendung von chemischen Antischaummittel!!, wie Silicon-Antischaummitte In, die teuer sind, darüber hinaus wirtschaftlich.

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BAD OBKBtNAL

Claims

-Ii-

P a t e nt a η s ρ; ι- ü c h_e

\i\ Vorrichtung zxir Einleitung von Luft in eine Flüssigkeit in einem Behälter, daclurch μ, e kennzeiclinet, daß eine Pumpe (11; 20) vorgesehen ist, die die in dem Behälter (10) befindliche Flüssigkeit zu einer Vielzahl von Auslaßrohren (18; 24) in dem Behälter/(1O) hinpumpt, wobei die Auslaßöffnungeh dieser Auslaßrohre (18; 24) in unterschiedliche Richtungen verlaufen, daß die Auslaßrohre (1.8; 24) jeweils einen Venturirohrteil (25) enthalten und daß mit Venturidüsen (26) jeweils eine Lufteinlaßeinrichtung· (19; 27) verbunden ist, und zwar derart, daß Luft in die durch die Venturidüsen (26) hindurchgelangende Flüssigkeit hineingelangt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßeinrichtungen (19; 27) jeweils Ms zu eine-r Höhe sich erstrecken·,, die oberhalb der Oberseite der Behälterwände liegt*
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die' Auslaßrohre (18; 24) so angeordnet sind, daß die aus ihnen ausströmende Flüssigkeit in

■ dem Behälter (10) eine Durchwirbelung hervorruft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßrohre (18; 24) nahezu horizontal in Richtungen verlaufen, die sich.über einen Bogen zwischen 30° und 90° erstrecken.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeicMiet, daß der Behälter (10) kreisförmig ist

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und daß nahe einer Behälterseite die Auslaßrohr-e (18;24) • umfassende Auslaßeinrichtungen angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11; 20) so angeordnet ist, dai3 sie die Flüssigkeit in eine zu den verschiedenen Auslaßrohren (18;24) hinführende Rohrleitung (17; 22, 23) einpumpt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Auslaßrohr (18; 24) ein gesondertes, nach oben verlaufendes Luftrohr (19; 27) enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (17) eine gekrümmte rohrförmige Anordnung enthält, die ira wesentlichen

in einer horizontalen Ebene verläuft und die an einem Ende an einer Behälterwand anbringbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) außerhalb des Behälters (1O) angeordnet ist, daß die Flüssigkeit durch eine in der Behälterwand befindliche Öffnung (14) in die Pumpe einsaugbar ist und daß die betreffende Flüssigkeit mittels der Pumpe (11) durch eine zweite, in der Behälterwand befindliche Öffnung in die Rohrleitung (17; 22) hineinpumpbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (17; 22, 23) nahe einer Kante des Behälters (1Ck) derart angeordnet ist, daß das der Behälterwand am nächsten liegende Auslaßrohr (18; 24) in eine Richtung verläuft, in der die

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Flüssigkeit eine Dur chwirbe lung um den Behälteraußenumfang herum erfährt,, und daß die übrigen Auslaßrohre (18; 24) entlang der Rohrleitung unter solchen Winkeln angeordnet sind, daß sie aufeinanderfolgend dichter zu der Behältermitte hin zeigen..
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (20) eine innerhalb des Behälters (10) tauchfähige Pumpe ist. .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des Behälters (10) ein .Schaumüberlauf (35, 36) vorgesehen ist, der zu einem Schaumsammelbehälter (37) hinführt, in welchem Antischaummittel (39, 40) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antischaummittel (39, 40) ein Rührwerk (38) mit einer zur Drehung in dem Schaum entsprechend angeordneten Schaufel (39) und einem Luftgebläse (40) enthalten, welches so angeordnet ist, daß es Luft nach unten auf den Schaum zu blasen gestattet. .

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